CN111335808A - 模块化动力头系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化动力头系统，包括基础传动模块及若干种动力模块；将基础传动模块与其中一种动力模块组合使用；基础传动模块的转轴的外周套设齿轮，与齿轮通过花键联接，齿轮的外周通过齿形啮合的传动机构与驱动机构联接；动力模块穿设在基础传动模块的转轴的通道内，通过前连接座、后连接座固定连接在基础传动模块上；转轴可通过联接结构传递扭矩，带动动力模块的转动件旋转。本发明通过模块化设计，通过同一台钻机可以实现多用途钻机的功能，即在同一台钻机上，其动力装置及基础传动模块都不需要变化，只需要根据实际的施工工艺要求，装卸相应的动力模块，大大降低了设备成本、零部件成本。
Description
技术领域
本发明涉及钻机设备技术领域，尤其是一种模块化动力头系统。
背景技术
钻机广泛应用于勘探或矿产资源开发、岩土工程施工、岩土地基基础施工等领域，在钻机施工过程中，会根据不同的地层情况采用不同的施工工艺，而不同的施工工艺需要通过不同类型的钻机、或者采用同一种钻机更换不同种类的动力头来实现，动力头的更换通常也是需要更换整套的动力传动装置及钻具钻杆组件；不管是选用不同类型的钻机，还是不同种类的整套动力头，另外，需要针对每种类型的钻机或动力头套件均要分别进行采购或备料，独立生产，这样会占用较大的库存空间与生产资源，设备成本、零部件成本、生产成本较高，而且每台钻机或动力头套件的保养维护难度也较大、维护成本较高。
发明内容
本申请人针对上述现有钻机施工过程中，不同施工工艺需要采用不同的钻机或整套动力头，设备成本、零部件成本、生产成本、维护成本较高等缺点，提供一种结构合理的模块化动力头系统，根据不同的施工工艺，更换相应的基础模块，设备成本、零部件成本、生产成本、维护成本较小。
本发明所采用的技术方案如下：
一种模块化动力头系统，包括基础传动模块及若干种动力模块；将基础传动模块与其中一种动力模块组合使用；所述基础传动模块的转轴的外周套设齿轮，与齿轮通过花键联接，齿轮的外周通过齿形啮合的传动机构与驱动机构联接，驱动机构通过传动机构、齿轮带动转轴转动；转轴上开设有用于穿设动力模块的通道，通道内设置有第一联接结构，转轴的前端部设置有若干第一安装孔；所述动力模块穿设在基础传动模块的转轴的通道内，通过前连接座、后连接座固定连接在基础传动模块上；转轴可通过所述的第一联接结构传递扭矩，带动动力模块的转动件旋转；或者，通过第一安装孔在转轴的前端部设置第二联接结构，转轴可通过第二联接结构传递扭矩，带动动力模块的转动件旋转。
本发明通过模块化设计，通过同一台钻机上可以实现多用途钻机的功能，即在同一台钻机上，其动力装置及基础传动模块都不需要变化，只需要根据实际的施工工艺要求，装卸相应的动力模块，即可实现相应的施工，大大降低了设备成本、零部件成本；而且，各动力模块是通过各自的前连接座、后连接座固定在基础传动模块上，前连接座、后连接座通过紧固件与基础传动模块连接，在拆装各动力模块时，只需要拆装各连接座上的紧固件，即可方便、快速地将基础传动模块上的动力模块取下、更换另一个动力模块，拆装过程简单，更换便捷，在工作现场可以实现便捷、快速更换动力模块，可以节省动力头的拆装时间，缩短施工工期，节约人工成本，从而降低施工成本。本发明的基础传动模块及各动力模块均为标准化设计，只需要对每个模块进行合理的生产及备料，大大节约了库存空间及生产资源，降低了生产成本。另外各个模块的结构较简单，保养维护难度低，降低了维护成本。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述动力模块包括冲击模块、锚固模块、旋喷模块，与基础传动模块组合后，分别组成冲击动力头组件、锚固动力头组件、旋喷动力头组件，冲击动力头组件通过第一联接结构传递扭矩，锚固动力头组件、旋喷动力头组件通过第二联接结构传递扭矩。
所述第一联接结构为在通道内周面设置的第一内花键；冲击模块的钎尾外周设置第三外花键，第一内花键与钎尾的第三外花键相啮合传递扭矩。
所述锚固模块、旋喷模块的前连接座通过紧固件固定在转轴的第一安装孔上，前连接座内周面设置内花键，锚固模块、旋喷模块的芯管外周面设置外花键，所述第二联接结构为前连接座的内花键与芯管的外花键相啮合，传递扭矩。
基础传动模块的转轴、齿轮设置在底座内，转轴从底座两端穿出，底座的后端部开设若干安装孔。
冲击模块上设置有第一前连接座与第一后连接座，第一前连接座通过紧固件固定在转轴的第一安装孔上，第一后连接座通过紧固件固定在底座的安装孔上。
所述转轴上的通道为中心孔，中心孔为台阶通孔；冲击模块上还设置有第一套筒、花键套、第二套筒，第一套筒、花键套、第二套筒的外周面与转轴的中心孔相对应的台阶孔相配合，第一前连接座、第一套筒、花键套、第二套筒的对应端面及转轴的中心孔内对应的台阶面相互抵紧；花键套的外周设置第三外花键。
锚固模块的第一芯管外周依次套设第一接头、第二前连接座、第二后连接座，第一接头、第二前连接座与第一芯管通过花键联接；第一芯管的外周位于第二前连接座后侧、第二后连接座前侧套设有第一弹簧，第一弹簧初始处于预压缩状态。
旋喷模块的第二芯管的外周依次套设第三前连接座、第三后连接座，第三前连接座与第二芯管通过花键联接，第二芯管的外周位于第三前连接座后侧、第三后连接座前侧套设有第二弹簧，第二弹簧初始处于预压缩状态。
转轴的后端部设置有若干第二安装孔；锚固模块的第二后连接座或旋喷模块的第三后连接座通过紧固件固定在第二安装孔上。
本发明的有益效果如下：
本发明通过模块化设计，通过同一台钻机上可以实现多用途钻机的功能，即在同一台钻机上，其动力装置及基础传动模块都不需要变化，只需要根据实际的施工工艺要求，装卸相应的动力模块，即可实现相应的施工，大大降低了设备成本、零部件成本；而且，各动力模块是通过各自的前连接座、后连接座固定在基础传动模块上，前连接座、后连接座通过紧固件与基础传动模块连接，在拆装各动力模块时，只需要拆装各连接座上的紧固件，即可方便、快速地将基础传动模块上的动力模块取下、更换另一个动力模块，拆装过程简单，更换便捷，在工作现场可以实现便捷、快速更换动力模块，可以节省动力头的拆装时间，缩短施工工期，节约人工成本，从而降低施工成本。本发明的基础传动模块及各动力模块均为标准化设计，只需要对每个模块进行合理的生产及备料，大大节约了库存空间及生产资源，降低了生产成本。另外各个模块的结构较简单，保养维护难度低，降低了维护成本。
附图说明
图1为本发明的基础传动模块的主视图。
图2为图1的剖视图。
图3为转轴的左视图。
图4为本发明的冲击模块的主视图。
图5为花键套的左视图。
图6为冲击动力头组件的剖视图。
图7为本发明的锚固模块的主视图。
图8为锚固动力头组件的剖视图。
图9为本发明的旋喷模块的主视图。
图10为旋喷动力头组件的剖视图。
图中：1、基础传动模块；10、转轴；101、中心孔；102、第一内花键；103、轴环；104、第一外花键；105、第一安装孔；106、第二安装孔；11、前盖；12、第一轴承；13、底座； 14、齿轮；141、第二内花键；15、后盖；16、第二轴承；17、第三轴承；18、水封；
2、冲击模块；20、钎尾；201、凸环；202、第二外花键；21、第一前连接座； 22、第一套筒；23、花键套；231、第三外花键；232、环槽；233、通孔；234、第三内花键；24、第二套筒；25、第一后连接座；26、冲击器；27、冲击芯轴；28、后座；281、盲孔；
3、锚固模块；30、第一接头；31、第一芯管；311、第四外花键；32、后压盖；321、第四内花键；33、第二前连接座；331、第五内花键；34、第二后连接座；35、第一弹簧；
4、旋喷模块；40、第二接头；41、第二芯管；411、第五外花键；42、第三前连接座；421、第六内花键；43、第三后连接座；44、第二弹簧；
200、冲击动力头组件；300、锚固动力头组件；400、旋喷动力头组件。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1至图10所示，本发明所述的模块化动力头系统由模块化设计的基础传动模块1和动力模块组合，动力模块包括冲击模块2、锚固模块3、旋喷模块4等，对各个模块进行标准化设计后，通过基础传动模块1与其中一种类型的动力模块组合形成具有多种具有不同功能的动力头组件，实现多种不同的施工工艺的动力头系统结构。
如图1、图2所示，基础传动模块1的转轴10通过第一轴承12穿设在底座13内，底座13的前、后端面分别固定设有前盖11、后盖15，转轴10的两端部分别从前盖11、后盖15穿出，转轴10的前端部通过第三轴承17设置在前盖11的中心孔内，前盖11的中心孔内、位于第三轴承17的外侧设置有密封件，前盖11外端面固定有盖板，转轴10从盖板穿出的外周面上套设有水封18，防止灰尘等杂质进入到转轴10的内部；转轴10的后端部通过第二轴承16支撑在后盖15的中心孔内，后盖15的中心孔内、位于第二轴承16的外侧设置密封件，后盖15外端面固定有盖板。如图2所示，转轴10为中空的阶梯轴，其中央开设的中心孔101为台阶通孔，形成用于穿设通过各种不同动力模块的组合通道；如图1、图3所示，中心孔101中部的台阶孔的内周面沿周向均匀设置有第一内花键102；如图2所示，转轴10的中部具有轴环103，如图3所示，轴环103的外周面沿周向均匀设置第一外花键104，轴环103外周套设齿轮14，齿轮14位于底座13内；齿轮14的中心孔内周面具有第二内花键141，齿轮14的第二内花键141与轴环103上的第一外花键104相啮合，可以传递扭矩；齿轮14的外周通过齿形啮合的传动机构与驱动机构（即电机）联接，驱动机构通过传动机构带动齿轮14转动，齿轮14通过花键联接带动转轴10转动；转轴10的前端面沿周向均匀开设若干第一安装孔105，后端面沿周面均匀开设若干第二安装孔106。
如图4、图6所示，冲击模块2的前部设有钎尾20，后部设置有冲击器26，冲击器26的中央设置有冲击芯轴27，钎尾20、冲击芯轴27的对应端面相抵接，冲击芯轴27对钎尾20进行击打，传递冲击功；如图6所示，冲击器26的前端部通过紧固件固定有第一后连接座25，冲击器26的后端通过紧固件固定有后座28，后座28中央开设有盲孔281；冲击芯轴27的前端部穿设在第一后连接座25中央，后端部伸入盲孔281内，冲击芯轴27的后端面距离盲孔281的底面具有一定的距离，距离值大于冲击芯轴27的冲击行程范围值，确保冲击芯轴27在冲击过程中不碰撞到盲孔281的底面。钎尾20的外周凸起有一圈凸环201，位于凸环201的后侧、相距一定距离的外周面上沿周向均匀开设有第二外花键202；如图4所示，钎尾20的外周从前至后依次套设有第一前连接座21、第一套筒22、花键套23及第二套筒24；如图6所示，第一套筒22位于钎尾20的凸环201的外周，凸环201的前后端面分别距离第一前连接座21、花键套23相应端面均具有一定的距离，在冲击钻进时，由于钎尾20在受到冲击芯轴27击打时会产生移动行程，该距离区域可以给钎尾20提供一定的轴向移动区域；花键套23位于钎尾20的第二外花键202的外周，如图5所示，花键套23的内周面对应第二外花键202设置有第三内花键234，如图6所示，第三内花键234与钎尾20的第二外花键202相啮合，可以传递扭矩；如图5所示，花键套23的外周面沿周向均匀设置有第三外花键231，如图4所示，在第三外花键231外周的中部开设有一圈环槽232，在环槽232的底部沿径向开设有若干通孔233，通孔233沿周向均匀分布，环槽232及通孔233形成润滑油通道，可以提供润滑油对花键套23与转轴10的配合部位进行润滑。
如图6所示，将冲击模块2穿设在基础传动模块1的转轴10的中心孔101内，组成冲击动力头组件200，第一前连接座21通过紧固件固定连接在转轴10前端面的第一安装孔105上，第一后连接座25通过紧固件固定连接在后盖15及底座13的对应安装孔上；第一套筒22、花键套23、第二套筒24的外周面与转轴10的中心孔101相对应的台阶孔相配合，第一前连接座21、第一套筒22、花键套23、第二套筒24的对应端面及中心孔101内对应的台阶面相互抵紧、实现轴向限位；花键套23的第三外花键231与转轴10的第一内花键102相啮合，可以传递扭矩。冲击动力头组件200的扭矩的传递过程为：驱动机构通过传动机构将扭矩传递给齿轮14，带动齿轮14转动；齿轮14通过第二内花键141与转轴10的第一外花键104联接传递扭矩，带动转轴10转动；转轴10通过第一内花键102与花键套23的第三外花键231联接传递扭矩，带动花键套23转动，花键套23通过第三内花键234与钎尾20的第二外花键202联接传递扭矩，带动钎尾20转动；冲击模块2的冲击器26通过冲击芯轴27给钎尾20提供冲击功。
如图7所示，锚固模块3的第一芯管31前端部套设有第一接头30，第一接头30通过紧固件固定在后压盖32上，后压盖32套设在第一芯管31的外周，第一芯管31的外周、位于后压盖32的后侧、从前至后依次套设有第二前连接座33、第二后连接座34，第一芯管31外周位于第二前连接座33后侧、第二后连接座34的前侧套设有第一弹簧35，第一弹簧35初始处于预压缩状态，锚固模块3在与钻具旋松相退出的过程时，在第一弹簧35的作用力下，可以做到边旋松边后退，以保护螺纹；第一芯管31的外周面上沿周向设置有第四外花键311，第一接头30的后端部及第二前连接座33套设在第四外花键311外周，第一接头30的后端部与第二前连接座33的内周面相应分别设置第四内花键321、第五内花键331，第四内花键321、第五内花键331与第四外花键311相啮合，可以传递扭矩。如图8所示，将锚固模块3穿设在基础传动模块1的转轴10的中心孔101内，组成锚固动力头组件300，第二前连接座33通过紧固件连接在转轴10前端面的第一安装孔105上，第二后连接座34通过紧固件连接在转轴10后端面的第二安装孔106上。锚固动力头组件300的扭矩的传递过程为：驱动机构通过传动机构将扭矩传递给齿轮14，带动齿轮14转动；齿轮14通过第二内花键141与转轴10的第一外花键104联接传递扭矩，带动转轴10转动；转轴10通过第二前连接座33的第五内花键331与第一芯管31的第四外花键311连接传递扭矩，带动第一芯管31转动；第一芯管31通过第四外花键311与第一接头30的第四内花键321联接传递扭矩，带动第一接头30转动。
如图9所示，旋喷模块4的第二接头40固定套设在第二芯管41的前端部，第二芯管41的外周从前至后依次套设有第三前连接座42、第三后连接座43，第二芯管41的外周位于第三前连接座42后侧、第三后连接座43前侧还套设有第二弹簧44，第二弹簧44初始处于预压缩状态，旋喷模块4在与钻具旋松相退出的过程时，在第二弹簧44的作用力下，可以做到边旋松边后退，以保护螺纹，确保旋喷模块4不在原地对钻具吃牙；第二芯管41的外周面上沿周向设置有第五外花键411，第三前连接座42套设在第五外花键411外周，第五外花键411的长度大于第三前连接座42的长度，第三前连接座42的内周面相应设置第六内花键421，第六内花键421与第五外花键411相啮合，可以传递扭矩。如图10所示，将旋喷模块4穿设在基础传动模块1的转轴10的中心孔101内，组成旋喷动力头组件400，第三前连接座42通过紧固件连接在转轴10前端面的第一安装孔105上，第三后连接座43通过紧固件连接在转轴10后端面的第二安装孔106上。旋喷动力头组件400的扭矩的传递过程为：驱动机构通过传动机构将扭矩传递给齿轮14，带动齿轮14转动；齿轮14通过第二内花键141与转轴10的第一外花键104联接传递扭矩，带动转轴10转动；转轴10通过第三前连接座42的第六内花键421与第二芯管41的第五外花键411联接传递扭矩，带动第二芯管41转动。
本发明在工作时，根据实际的施工工艺要求，将所需种类的动力模块组装至基础传动模块1上，即可实施相应的施工，比如，将冲击模块2与基础传动模块1组装，可实施冲击钻进施工，将锚固模块3与基础传动模块1组装，可实施锚固施工，将旋喷模块4与基础传动模块1组装，可实施旋喷施工。本发明通过模块化设计，通过同一台钻机上可以实现多用途钻机的功能，即在同一台钻机上，其动力装置及基础传动模块1都不需要变化，只需要根据实际的施工工艺要求，装卸相应的动力模块，即可实现相应的施工，大大降低了设备成本、零部件成本；而且，各动力模块是通过各自的前连接座、后连接座固定在基础传动模块1上，前连接座、后连接座通过紧固件与基础传动模块1连接，在拆装各动力模块时，只需要拆装各连接座上的紧固件，即可方便、快速地将基础传动模块1上的动力模块取下、更换另一个动力模块，拆装过程简单，更换便捷，在工作现场可以实现便捷、快速更换动力模块，可以节省动力头的拆装时间，缩短施工工期，节约人工成本，从而降低施工成本。本发明的基础传动模块1及各动力模块均为标准化设计，只需要对每个模块进行合理的生产及备料，大大节约了库存空间及生产资源，降低了生产成本。另外各个模块的结构较简单，保养维护难度低，降低了维护成本。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种模块化动力头系统，其特征在于：包括基础传动模块（1）及若干种动力模块；将基础传动模块（1）与其中一种动力模块组合使用；
---所述基础传动模块（1）的转轴（10）的外周套设齿轮（14），与齿轮（14）通过花键联接，齿轮（14）的外周通过齿形啮合的传动机构与驱动机构联接，驱动机构通过传动机构、齿轮（14）带动转轴（10）转动；转轴（10）上开设有用于穿设动力模块的通道，通道内设置有第一联接结构，转轴（10）的前端部设置有若干第一安装孔（105）；
---所述动力模块穿设在基础传动模块（1）的转轴（10）的通道内，通过前连接座、后连接座固定连接在基础传动模块（1）上；
---转轴（10）可通过所述的第一联接结构传递扭矩，带动动力模块的转动件旋转；或者，
---通过第一安装孔（105）在转轴（10）的前端部设置第二联接结构，转轴（10）可通过第二联接结构传递扭矩，带动动力模块的转动件旋转。
2.按照权利要求1所述的模块化动力头系统，其特征在于：所述动力模块包括冲击模块（2）、锚固模块（3）、旋喷模块（4），与基础传动模块（1）组合后，分别组成冲击动力头组件（200）、锚固动力头组件（300）、旋喷动力头组件（400），冲击动力头组件（200）通过第一联接结构传递扭矩，锚固动力头组件（300）、旋喷动力头组件（400）通过第二联接结构传递扭矩。
3.按照权利要求1或2所述的模块化动力头系统，其特征在于：所述第一联接结构为在通道内周面设置的第一内花键（102）；冲击模块（2）的钎尾（20）外周设置第三外花键（231），第一内花键（102）与钎尾（20）的第三外花键（231）相啮合传递扭矩。
4.按照权利要求1或2所述的模块化动力头系统，其特征在于：所述锚固模块（3）、旋喷模块（4）的前连接座通过紧固件固定在转轴（10）的第一安装孔（105）上，前连接座内周面设置内花键，锚固模块（3）、旋喷模块（4）的芯管外周面设置外花键，所述第二联接结构为前连接座的内花键与芯管的外花键相啮合，传递扭矩。
5.按照权利要求1所述的模块化动力头系统，其特征在于：基础传动模块（1）的转轴（10）、齿轮（14）设置在底座（13）内，转轴（10）从底座（13）两端穿出，底座（13）的后端部开设若干安装孔。
6.按照权利要求2或5所述的模块化动力头系统，其特征在于：冲击模块（2）上设置有第一前连接座（21）与第一后连接座（25），第一前连接座（21）通过紧固件固定在转轴（10）的第一安装孔（105）上，第一后连接座（25）通过紧固件固定在底座（13）的安装孔上。
7.按照权利要求1或2所述的模块化动力头系统，其特征在于：所述转轴（10）上的通道为中心孔（101），中心孔（101）为台阶通孔；冲击模块（2）上还设置有第一套筒（22）、花键套（23）、第二套筒（24），第一套筒（22）、花键套（23）、第二套筒（24）的外周面与转轴（10）的中心孔（101）相对应的台阶孔相配合，第一前连接座（21）、第一套筒（22）、花键套（23）、第二套筒（24）的对应端面及转轴（10）的中心孔（101）内对应的台阶面相互抵紧；花键套（23）的外周设置第三外花键（231）。
8.按照权利要求2所述的模块化动力头系统，其特征在于：锚固模块（3）的第一芯管（31）外周依次套设第一接头（30）、第二前连接座（33）、第二后连接座（34），第一接头（30）、第二前连接座（33）与第一芯管（31）通过花键联接；第一芯管（31）的外周位于第二前连接座（33）后侧、第二后连接座（34）前侧套设有第一弹簧（35），第一弹簧（35）初始处于预压缩状态。
9.按照权利要求2所述的模块化动力头系统，其特征在于：旋喷模块（4）的第二芯管（41）的外周依次套设第三前连接座（42）、第三后连接座（43），第三前连接座（42）与第二芯管（41）通过花键联接，第二芯管（41）的外周位于第三前连接座（42）后侧、第三后连接座（43）前侧套设有第二弹簧（44），第二弹簧（44）初始处于预压缩状态。
10.按照权利要求1、8、9任一项所述的模块化动力头系统，其特征在于：转轴（10）的后端部设置有若干第二安装孔（106）；锚固模块（3）的第二后连接座（34）或旋喷模块（4）的第三后连接座（43）通过紧固件固定在第二安装孔（106）上。
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| CN112610178A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-06 | 江苏煤炭地质机械研制中心 | 环境取样动力头、环境取样方法 |
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